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土壤中重金属镉(Cd)超标早已成为世界性环境问题,其对植物生长存在非常严重的危害,并通过食物链的传递对人类及家畜的健康产生威胁。番茄(Lycopersicon esculentumMill.)属于茄科(Solanaceae)植物,属于世界性重要农作物之一。当番茄受Cd毒害后表现为叶片黄化卷曲、植株矮小、生长发育缓慢等问题。因此,研究番茄响应Cd胁迫的分子机制迫在眉睫,SlUPS是U-box型E3泛素连接酶,有国外学者研究该基因在水稻缺磷状态下的响应机制,但对其在植物耐受镉胁迫的响应却鲜有报道。本文以番茄为试验材料,克隆SlUPS基因,对酿酒酵母和拟南芥进行遗传转化,对该基因功能进行初步探讨,这对于研究E3泛素连接酶SlUPS在植物耐Cd方面的功能具有一定的意义,期望为进一步揭示E3泛素连接酶基因在植物非生物胁迫中的作用提供一定的理论依据。获得主要研究成果如下:(1)Sl UPS基因的克隆与序列分析通过克隆获得番茄SlUPS基因,对该基因序列分析结果显示,SlUPS基因全长873bp,利用生物信息学分析对SlUPS基因编码蛋白质的结构和功能进行预测分析,结果表明,该基因所翻译的蛋白质编码223个氨基酸,由α-螺旋、β-折叠、延伸链及无规则卷曲组成,存在信号肽和跨膜结构,具有丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸磷酸化位点。(2)重金属Cd胁迫下番茄SlUPS基因的表达模式分析运用qRT-PCR检测技术对SlUPS基因在番茄根、叶中的表达量进行分析,结果表明,SlUPS基因在根、叶中均有表达,其中叶中表达量略高于根中表达量。对幼苗进行不同浓度Cd(25、50、75、100μmol/L)处理后,按照同一时间(3d后)进行取材,表达模式结果表明,在叶片中SlUPS基因的表达量随浓度的升高呈先上升再下降趋势,当Cd浓度为25μmol/L时表达量为最大值,在根中的表达量随浓度的升高呈持续升高趋势,当Cd浓度为50μmol/L时表达量为最大值。对幼苗进行50μmol/LCd处理后,按照不同时间(0、3、6、9、12h)进行取材。表达模式结果表明,SlUPS基因的表达量呈现周期性变化,在叶片中3h时表达量达到最高值,而在根中则出现幅度性变化,9h时达到最高值,6h时为最低值。以上结果表明SlUPS基因在番茄根、叶中均有表达,且该基因可能参与番茄耐Cd的响应过程。(3)Sl UPS基因在酵母中的抗逆分析构建酵母表达载体pYES2-SlUPS并转化酵母INVSC1感受态细胞中,比较重组酵母与对照酵母在不同浓度CdCl2(15、20、25μmol/L)胁迫下的生存情况。结果表明重组酵母与对照酵母相比表现出一定的Cd胁迫耐受性,且存在浓度效应。(4)Sl UPS基因在拟南芥中的抗逆分析构建植物过表达载体pBI121-SlUPS,运用花序侵染法对哥伦比亚野生型拟南芥进行遗传转化,获得3株阳性植株并进行分子鉴定,结果表明3株阳性植株均已在转录水平表达。继续培养并收获T3代种子,在重金属Cd胁迫下比较WT植株与OE-SlUPS植株的生长情况,从而分析OE-SlUPS拟南芥的耐胁迫能力。结果表明,Cd胁迫下幼苗期和成苗期的OE株系生长情况均高于WT株系,说明SlUPS基因在两个时期均提高了拟南芥对Cd胁迫的耐受性。